论文题目: 大型洞室群开挖与加固方案反馈优化分析集成智能方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程力学
作者: 姜谙男
导师: 冯夏庭
关键词: 大型洞室群,三维数值模拟,反馈分析,集成智能,支持向量机,遗传算法,并行计算,智能优化,智能决策支持系统
文献来源: 东北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 大型洞室群规模已超出现行规范,本身结构比较复杂,又处于复杂的地质环境中,因而影响围岩稳定性的因素错综复杂。如何准确地根据监测信息快速动态调整施工方案,是有待解决的重要问题。本论文以清江水布垭电站地下厂房作为工程应用背景,综合三维数值计算、智能方法和计算机决策技术,提出了大型洞室群施工期集成智能动态反馈分析方法,并用于水布垭地下厂房施工期的方案反馈分析与优化。具体来说,主要进行了如下的工作: (1) 针对经验公式方法的不足,提出基于工程实例的隧洞最大允许变形的支持向量机(SVM)自动获取方法。 (2) 针对以往反馈优化方法容易陷于局部最优及耗时的问题,提出了大型洞室群反馈分析的3D并行进化SVM-数值模拟优化方法,并且基于MPI开发了相应并行计算平台。该方法能够全局快速搜索最优解,与并行神经网络进化有限元方法相比,计算速度提高近十倍。 (3) 地下大型洞室群锚固参数优化具有以下特点:稳定性目标和经济性目标是矛盾的;洞室的稳定性分析非常复杂;评价指标要求全面反映锚固效果;锚固参数组合的方案数量多,优化计算量大。针对这些特点,建立了地下大型洞室施工锚固参数优化模型,确定了约束条件及优化的指标,给出了优化的方法和步骤。采用主成分分析法处理多指标评价问题,既可以在保持评价系统信息、达到降维,简化评价系统的目的,又可以避免权重确定的人为因素。 (4) 建立了地质描述模糊评判和变形速率比值判别知识库。在课题组原有推理机和知识库基础上,提出了基于IDSS的大型洞室群施工期反馈分析的集成智能分析系统的模型。进行了软件系统的部分开发工作,并将该系统初步应用于水布垭电站地下厂房施工期反馈分析。 (5) 以三维弹塑性数值模拟开挖支护为基础,将多种反馈分析的方法,包括从工程实例获取隧洞最大允许变形的SVM方法、围岩变形SVM时间序列分析、地质描述模糊评判法、变形速率比值判别法、基于3D并行进化SVM-数值模拟方法等进行集成。建立了清江水布垭电站地下厂房水施工期动态集成智能反馈分析流程,提高分析结果的可靠性。 (6) 在水布垭电站地下厂房施工期间,利用开挖监测信息,基于3D并行进化SVM-数值模拟的方法进行该地下厂房围岩参数的反演。利用反演得到的岩
论文目录:
第1章 绪论
§1.1 选题背景、特点、意义
§1.2 国内外研究综述
1.2.1 地下洞室数值计算与变形预测统计模型的研究
1.2.2 岩土力学参数识别研究
1.2.3 施工方案的优化研究
1.2.4 信息化施工与有关专家系统的研究
§1.3 本文所做的工作
§1.4 本章小结
第2章 理论基础
§2.1 引言
§2.2 地下洞室开挖支护系统是开放复杂巨系统
§2.3 支持向量机理论
2.3.1 机器学习的基本问题
2.3.2 统计学习理论的核心内容
2.3.3 支持向量机及学习算法
§2.4 遗传算法基本理论
2.4.1 遗传算法简介
2.4.2 遗传算法步骤
2.4.3 遗传算法的特点
§2.5 并行计算与IDSS理论
2.5.1 并行计算简介
2.5.2 智能化决策支持系统简介
§2.6 本章小结
第3章 地下洞室群围岩变形预测的支持向量机方法
§3.1 引言
§3.2 地下洞室围岩变形量测
§3.3 最小平方支持向量机原理
§3.4 非线性变形时间序列支持向量机
3.4.1 方法介绍
3.4.2 应用示例1-水布垭交通洞收敛位移时间序列预测
3.4.3 应用示例2-水布垭厂房侧墙收敛位移时问序列预测
3.4.4 几点认识
§3.5 从工程实例智能获取地下洞室围岩最大允许变形
3.5.1 影响隧洞最大变形的主要因素
3.5.2 获取隧洞最大位移的支持向量机模型
3.5.3 支持向量机的训练算法
3.5.4 预测结果分析
3.5.5 核参数和惩罚因子C对预测误差的影响
§3.6 本章小结
第4章 大型洞室群优化的3D并行进化SVM-数值模拟方法
§4.1 引言
§4.2 进化有限差分方法
§4.3 非线性拟合的进化支持向量机
§4.4 3D并行进化SVM-数值模拟方法
4.4.1 支持向量机对洞室群参数与输出指标关系的描述
4.4.2 进化支持向量机的训练样本构造
4.4.3 3D并行进化SVM-数值模拟方法
§4.5 基于guiMPIRun的并行优化平台的建立
§4.6 基于3D并行进化SVM-数值模拟围岩参数反演方法
§4.7 3D基于3D并行进化SVM-数值模拟锚固参数优化方法
4.7.1 大型洞室锚固参数优化的意义与特点
4.7.2 锚固参数多目标优化数学描述
4.7.3 锚固参数优化约束条件和评价指标
4.7.4 锚4.6.4多目标决策的主成分分析法
4.7.5 基于3D并行进化SVM-数值模拟方法的优化步骤
§4.8 本章小结
第5章 洞室施工反馈分析集成智能系统的研究
§5.1 引言
§5.2 两种基于知识的围岩稳定性分析方法
5.2.1 基于地质描述的洞室围岩稳定性分级模糊综合评判法
5.2.2 围岩稳定性的变形速率比值判别法
§5.3 洞室施工反馈分析集成智能方法
§5.4 反馈分析集成智能系统设计与实现
5.4.1 反馈分析集成智能系统总体模型
5.4.2.数据库及其管理
5.4.3 知识库及其管理
5.4.4 模型库及其管理
5.4.5 推理机
5.4.6 开发策略与软件初步实现
5.4.7 系统功能
§5.5 本章小结
第6章 水布垭电站地下厂房施工期动态反馈分析
§6.1 引言
§6.2 水布垭工程及集成智能反馈分析流程介绍
§6.3 水布垭地下厂房开挖支护三维数值模拟
6.3.1 三维模型建立
6.3.2 地应力场分析
6.3.3 计算结果分析
§6.4 水布垭地下厂房围岩稳定性的初步评价
6.4.1 地质描述的模糊综合评判
6.4.2 围岩变形速率比值分析
§6.5 基于3D并行进化SVM-数值模拟的围岩力学参数反分析
6.5.1 围岩力学参数反分析流程及测线选取
6.5.2 正交样本的构造与数值计算
6.5.3 支持向量机参数的进化识别
6.5.4 遗传算法反演岩石力学参数
§6.6 水布垭地下厂房施工方案反馈优化
6.6.1 基于3D并行进化SVM-数值模拟的3-6开挖层锚固参数优化
6.6.1.1 锚固布置情况简介
6.6.1.2 正交设计构造方案及主成分分析
6.6.1.3 进化搜索
6.6.1.4 结果分析
6.6.2 水布垭地下厂房机窝施工方案优化
§6.7 本章小结
第7章 结论与展望
参考文献
致谢
参加的科研项目与发表的论文
发布时间: 2005-09-07
参考文献
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